DE3125292C1

DE3125292C1 - Heat radiation imaging device

Info

Publication number: DE3125292C1
Application number: DE3125292A
Authority: DE
Inventors: David Eric Charlton; Charles Thomas Elliott
Original assignee: Philips Electronic and Associated Industries Ltd
Current assignee: Philips Electronics UK Ltd
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1981-06-27
Publication date: 1989-12-21
Also published as: GB1605321A; US4931648A; FR2633730A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmestrah lungs-Abbildungsgerät, bestehend aus einem Halbleiterkörper eines gegebenen Leitfähigkeitstyps, in dem durch Absorption von Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches freie Ladungsträger erzeugt werden, sowie voneinander getrennt angeordneten Vorspannelektroden auf dem Halbleiterkörper, über die ein vorwiegend aus Majoritätsladungsträgern bestehen der Vorspannungsstrom in dem Halbleiterkörper in einer be vorzugten Richtung und parallel zu einer Haupt-Oberfläche des Halbleiterkörpers erzeugt wird und dieser Vorspannungs strom eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern in der entgegengesetzten Richtung unterstützt, wobei ein Strahlungsbild über die Haupt-Oberfläche des Halbleiterkörpers in der gleichen Rich tung wie die ambipolare Drift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Geschwindigkeit der ambipolaren Drift entspricht, abgetastet wird.The present invention relates to a heat beam tion imaging device, consisting of a semiconductor body of a given conductivity type, in which by absorption free of radiation of a certain wavelength range Charge carriers are generated and separated from each other bias electrodes arranged on the semiconductor body, one of which mainly consists of majority load carriers the bias current in the semiconductor body in a be preferred direction and parallel to a main surface of the semiconductor body is generated and this bias current is an ambipolar drift of radiation generated free minority carriers in the opposite Direction supported, with a radiation image over the Main surface of the semiconductor body in the same direction like the ambipolar drift and at a speed which is essentially the speed of ambipolar drift corresponds, is scanned.

Wärmestrahlungs-Abbildungsgeräte dienen zur Umsetzung eines fokussierten Strahlungsbildes, vorwiegend im Infrarot-Bereich, der Temperatur- und Wärmeausstrahlungs-Unterschiede einer gegebenen Szene in ein sichtbares Bild. Bisher wurden üb licherweise Geräte verwendet, bei denen das Bild Zone um Zone über ein oder mehrere Detektorelemente abgetastet wird, die die IR-Strahlung in ein elektrisches Signal umwandeln. Bei Verwendung mehrerer Detektorelemente werden diese im allge meinen in linearer Form angeordnet. Die Abtastung erfolgt entweder in der Form, daß jedes einzelne Element einen sepa raten Teil des gleichen Bildes abtastet - die sog. Parallel abtastung -, oder daß jede Zone des Bildes der Reihe nach auf jedes Element fokussiert wird - die sog. Serien abtastung. Bei beiden Systemen bedeutet die Bereitstellung einer linearen Anordnung der Elemente, daß jedes Element ein zeln mit Kontakten versehen werden muß. Im Falle großer Bau gruppen entstehen hierdurch erhebliche technische Probleme bei der Herstellung, nicht nur in bezug auf die Elemente, sondern auch bei deren Einkapselung, insbesondere da viele Detektorgeräte zum Betrieb bei niedrigen Temperaturen wie z. B. 77 K ausgelegt sind und vakuumdicht eingekapselt werden müssen, wobei die Zuleitungen zu den einzelnen Elementen durch die Kapselung hindurchgehen, um die Verbindung mit der im allgemeinen nicht gekühlten, externen Schaltanordnung her zustellen.Thermal radiation imaging devices are used to implement a focused radiation image, mainly in the infrared range, the temperature and heat radiation differences one given scene into a visible image. So far have been practiced Licher devices used, where the image zone by zone is scanned via one or more detector elements which convert the IR radiation into an electrical signal. At When using several detector elements, they are generally mine arranged in a linear form. The scanning takes place either in the form that each individual element has a sepa guess part of the same picture - the so-called parallel scanning - or that each zone of the image in the series after focusing on each element - the so-called series scanning. In both systems, provision means a linear arrangement of the elements that each element is a contacts must be provided. In the case of large construction This creates significant technical problems for groups in manufacturing, not just in terms of the elements, but also in their encapsulation, especially since many Detector devices for operating at low temperatures such as e.g. B. 77 K are designed and encapsulated vacuum-tight must, the supply lines to the individual elements go through the encapsulation to connect to the generally not cooled, external switching arrangement forth deliver.

Ein Wärmestrahlungs-Abbildungsgerät mit den im vorstehenden Absatz spezifizierten Eigenschaften ist in der britischen Patentschrift GB 14 88 258 beschrieben. Diese Geräte und Systeme ermöglichen es, einige Nachteile in Zusammenhang mit der Verwendung herkömmlicher Serien- oder Parallel-Ab tastungssysteme mit linear angeordneten Detektorelementen zu vermeiden; darüber hinaus bieten sie die Möglichkeit, eine gegenüber herkömmlichen Systemen verbesserte Leistung zu er zielen. Bei dem beschriebenen System wird ein einzelnes fa denförmiges Element infrarotempfindlichen Halbleitermaterials verwendet, in dem bei Absorption von Strahlung eines be stimmten Wellenlängenbereichs freie Ladungsträger erzeugt werden können. Voneinander getrennte ohmsche Kontakte an den gegenüberliegenden Enden des Halbleiterkörpers gestatten die Erzeugung eines Vorspannungsstroms in Längsrichtung des Halb leiterkörpers sowie die Unterstützung einer ambipolaren Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern Der Betrieb beruht auf der Abtastung eines Strahlungsbildes entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen den Kontakten in Richtung der ambipolaren Drift sowie mit einer der ambipolaren Driftgeschwindigkeit der Minoritätsladungs träger entsprechenden Geschwindigkeit. An einem Ende des Halbleiterkörpers werden Auslesevorrichtungen entweder in der Form eines Paars ohmscher Kontakte oder eines Gleich richterkontaktes und eines ohmschen Kontaktes vorgesehen. Im erstgenannten Fall wird das Bildsignal zwischen dem Paar ohmscher Kontakte gemäß der Leitfähigkeitsmodulation gewonnen, die aufgrund des Durchgangs der lichtelektrisch erzeugten Minoritätsladungsträger in der Zone des Halbleiter körpers zwischen den ohmschen Kontakten auftritt. Bei Ver wendung eines Gleichrichterkontakts und eines ohmschen Kon takts für das Auslesen wird das Bildsignal aus einem Aus gangsschaltkreis gewonnen, der diese Kontakte umfaßt, wobei sich der Gleichrichter entweder in nichtvorgespanntem Zu stand oder in in Sperrichtung vorgespanntem Zustand befindet und somit einen Extraktionsweg für die Minoritätsladungs träger bildet.A thermal radiation imaging device having the foregoing Characteristics specified in the UK Patent GB 14 88 258 described. These devices and Systems allow some disadvantages to be related with the use of conventional series or parallel Ab scanning systems with linearly arranged detector elements to avoid; in addition, they offer the possibility of a performance over conventional systems aim. In the system described, a single fa the shaped element of infrared-sensitive semiconductor material used in which a be certain wavelength range free charge carriers generated can be. Separate ohmic contacts on the opposite ends of the semiconductor body allow the Generation of a bias current in the longitudinal direction of the half body as well as the support of an ambipolar drift of free minority charge carriers generated by radiation The operation is based on the scanning of a radiation image along the surface of the semiconductor body between the Contacts in the direction of ambipolar drift as well as with a the ambipolar drift velocity of the minority charge slower corresponding speed. At one end of the Semiconductor body are read-out devices either in in the form of a pair of ohmic contacts or an equal judge contact and an ohmic contact provided. In the former case, the image signal between the Pair of ohmic contacts according to the conductivity modulation gained due to the passage of the photoelectric generated minority charge carriers in the zone of the semiconductor body occurs between the ohmic contacts. With Ver application of a rectifier contact and an ohmic contact clock for reading out the image signal from an off won circuit which includes these contacts, wherein the rectifier either in non-biased closed stood or in the reverse biased condition and thus an extraction route for the minority charge carrier forms.

Für den erfolgreichen Betrieb von Geräten, wie sie in der genannten britischen Patentschrift GB 14 88 258 beschrieben sind, lautet eine Grundforderung, daß die effektive Länge des Halbleiterkörpers, d. h. die Länge, über die die Bild abtastung effektiv zur Abgabe eines Ausgangssignals bei trägt, sowie die Anordnung der Auslesevorrichtungen so be schaffen sind, daß die lichtelektrisch erzeugten Minoritäts ladungsträger in der ambipolaren Drift die Auslesevorrich tungen in einer Zeitspanne erreichen, die kürzer als die durchschnittliche Elektron-Loch-Rekombinationszeit des Halb leitermaterials ist. Hierdurch ergeben sich bestimmte Ein schränkungen in bezug auf die effektive Länge des Halbleiter körpers, die räumliche Trennung der Anzeigeelektroden sowie die Wahl des Halbleitermaterials. Bei dem Material ist es wünschenswert, daß dieses über die Eigenschaften einer sehr langen Minoritätsladungsträger-Lebensdauer und einer geringen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit verfügt. Im Falle von Cadmiumquecksilbertellurid wird n-Typ-Material gewählt, weil bei diesem Material das Verhältnis der Elektronen /Loch-Mobilität im Bereich von 50 : 1 bis 400 : 1 liegen kann.For the successful operation of devices such as those in the British Patent GB 14 88 258 described is a basic requirement that the effective length the semiconductor body, d. H. the length over which the image effective sampling to deliver an output signal carries, as well as the arrangement of the readout devices create that the photoelectrically generated minority Load carriers in the ambipolar drift the readout device achievements in a period of time shorter than that average electron-hole recombination time of the half is conductor material. This results in certain ons restrictions on the effective length of the semiconductor body, the spatial separation of the display electrodes as well the choice of semiconductor material. With the material it is desirable that this about the properties of a very long minority carrier lifetime and a low one Surface recombination speed has. In the event of Cadmium mercury telluride is chosen n-type material, because with this material the ratio of the electrons / Hole mobility is in the range of 50: 1 to 400: 1 can.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmestrahlungs-Abbildungs gerät anzugeben, mit dem es möglich ist, erheblich kompli ziertere Systeme und Geräte zu konstruieren, deren Betrieb der Beschreibung in der britischen Patentschrift GB 14 88 258 entspricht, wobei es mit den genannten Systemen und Geräten möglich ist, erhebliche Einsatz- und Leistungsvorteile zu er zielen.The object of the invention is a heat radiation imaging specify device with which it is possible to considerably compli to design more sophisticated systems and devices, their operation the description in British Patent GB 14 88 258 corresponds, whereby it with the mentioned systems and devices it is possible to achieve considerable operational and performance advantages aim.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Ausleseelektroden, die jeweils mit dem Halbleiter körpermaterial des gegebenen Leitfähigkeitstyps eine gleich richtende Sperrschicht bilden und die in dem Weg der ambipo laren Drift zwischen den Vorspannelektroden angeordnet sind.This object is achieved in that several readout electrodes, each with the semiconductor body material of the given conductivity type is the same form a guiding barrier and that in the way of ambipo laren drift are arranged between the bias electrodes.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät gestattet die Verwendung mehrerer Auslese-Vorrichtungen, die jeweils eine gleichrich tende Sperrschicht aufweisen, erhebliche Verbesserungen in bezug auf die Einsatzmöglichkeiten, was im folgenden unter Bezugnahme auf die verschiedenen spezifischen Geräteausfüh rungen beschrieben werden soll. Die Grundlage für die Er zielung derartiger Vorteile besteht darin, daß bei Einbau einer gleichrichtenden Sperrschicht an der Auslese-Elektrode ein aus dem hieran angeschlossenen Ausgangsschaltkreis ge wonnenes Signal repräsentativ für den Augenblickswert der Minoritätsladungsträger ist, die durch die Sperrschicht aus der ambipolaren Drift in der näheren Umgebung der gleich richtenden Sperrschicht, die sich in Betrieb in einem nicht vorgespannten Zustand oder einem in Sperrichtung vorgespannten Zustand befindet, extrahiert werden. Die Position einer der artigen gleichrichtenden Sperrschicht im Verhältnis zu der Vorspannelektrode ist nicht kritisch, sofern die Impedanz der gleichrichtenden Sperrschicht im Vergleich zum Widerstand des Halbleiterkörperteils zwischen der gleichrichtenden Sperr schicht und einem Elektrodenanschluß auf dem Halbleiterkörper, der auf einem Bezugspotential wie z. B. einer Vorspannelektrode gehalten wird, groß ist. Die Länge eines Teils der Halblei terkörper-Oberfläche vor der gleichrichtenden Sperrschicht, über die die gesamte Integration der freien Minoritäts ladungsträger, die in diesem Teil durch Abtastung eines Bil des über den genannten Teil in Längsrichtung dieses Teils erzeugt werden, beeinflußt werden kann, ist jedoch auf einen effektiven Abstand L _eff von der gleichrichtenden Sperrschicht gemäß der FormelIn the device according to the invention, the use of several readout devices, each having a rectifying barrier layer, allows considerable improvements in terms of the possible uses, which will be described in the following with reference to the various specific device designs. The basis for achieving such advantages is that when a rectifying barrier layer is installed on the readout electrode, a signal obtained from the output circuit connected to it is representative of the instantaneous value of the minority charge carriers, which is due to the barrier layer from the ambipolar drift in the nearer Environment of the rectifying barrier layer, which is in operation in a non-biased state or in a reverse biased state, are extracted. The position of one of the rectifying barrier-like types in relation to the bias electrode is not critical, provided that the impedance of the rectifying barrier layer compared to the resistance of the semiconductor body part between the rectifying barrier layer and an electrode connection on the semiconductor body, which is at a reference potential such as. B. a bias electrode is large. However, the length of a part of the semiconductor body surface in front of the rectifying barrier layer, over which the total integration of the free minority charge carriers, which can be generated in this part by scanning an image of the said part in the longitudinal direction of this part, can be influenced to an effective distance L _eff from the rectifying barrier according to the formula

L _eff = τ Eµ_a L _eff = τ E µ _a

begrenzt, wobei
τ die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in dem Halbleitermaterial,
E das elektrische Feld und
µ_a die ambipolare Mobilität für das Halbleitermaterial
sind, die im allgemeinen der Mobilität der Minoritätsladungs träger entspricht. Dies muß bei der Anordnung der Auslese- Elektroden bei den verschiedenen Ausführungsformen des Geräts, die nachstehend beschrieben werden sollen, berücksichtigt wer den.limited, whereby
τ the lifetime of the minority charge carriers in the semiconductor material,
E the electric field and
µ _a the ambipolar mobility for the semiconductor material
are, which generally corresponds to the mobility of minority carriers. This must be taken into account when arranging the readout electrodes in the various embodiments of the device which will be described below.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auslese-Elektroden jeweils eine an die Oberfläche an grenzende Zone mit entgegengesetzten Leitfähigkeitseigenschaf ten aufweisen, wodurch im Betrieb die durch die Strahlung er zeugten freien Ladungsträger in der ambipolaren Drift in der näheren Umgebung der an die Oberfläche angrenzenden Zone mittels der gleichrichtenden Sperrschicht extrahiert werden, die zwischen der an die Oberfläche angrenzenden Zone und dem Halbleiterkörpermaterial des genannten Leitfähigkeitstyps gebildet wird. Daher können z. B. bei Verwendung eines Halb leiterkörpers aus n-Typ-Cadmiumquecksilbertellurid die ge nannten Elektroden eine Vielzahl von an die Oberfläche an grenzenden Zonen aufweisen, die p-Typ-Eigenschaften haben.An embodiment of the invention is characterized in that that the readout electrodes each have one on the surface bordering zone with opposite conductivity properties ten, which in operation caused by the radiation witnessed free charge carriers in the ambipolar drift in the the vicinity of the zone adjacent to the surface extracted using the rectifying barrier layer, the between the zone adjacent to the surface and the semiconductor body material of the conductivity type mentioned is formed. Therefore, e.g. B. when using a half conductor body made of n-type cadmium mercury telluride the ge called electrodes a variety of to the surface have bordering zones that have p-type properties.

Bei anderen Ausführungsformen des Geräts kann die gleich richtende Sperrschicht unterschiedlich beschaffen sein, z. B. können die Ausleseelektroden jeweils eine Metallschicht auf dem Halbleiterkörper aufweisen und mit dem Material des Halbleiterkörpers eine Schottky-Barriere bilden.In other embodiments of the device, this can be the same directional barrier layer be different, z. B. the readout electrodes can each have a metal layer have the semiconductor body and with the material of Semiconductor body form a Schottky barrier.

Hierbei ist der Verweis auf eine Zone mit den Eigenschaften eines bestimmten Leitfähigkeitstyps so zu verstehen, daß die Zone diese Eigenschaften nicht notwendigerweise bei Raum temperatur, jedoch bei der beabsichtigten Betriebstemperatur des Gerätes zeigt. Dementsprechend ist ein Verweis auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps in gleicher Weise auszulegen. In dem speziellen Fall der Ver wendung von n-Typ-Cadmiumquecksilbertellurid als Material für den Halbleiterkörper und einer beabsichtigten Betriebs temperatur des Geräts von 77 K muß das Vorhandensein einer gleichrichtenden Sperrschicht zwischen dem Halbleiterkörper und einer solchen Zone, die den Teil einer Ausleseelektrode darstellt, nicht notwendigerweise bei Raumtemperatur erkenn bar sein.Here is the reference to a zone with the properties of a certain conductivity type to be understood in such a way that the zone does not necessarily have these characteristics in space temperature, but at the intended operating temperature of the device shows. Accordingly, a reference to one is Semiconductor body of a certain conductivity type in interpret the same way. In the special case of Ver use of n-type cadmium mercury telluride as material for the semiconductor body and an intended operation temperature of the device of 77 K must have the presence of a rectifying barrier layer between the semiconductor body and such a zone, which is the part of a readout electrode does not necessarily detect at room temperature be cash.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Aus leseelektroden in regelmäßigen Abständen entlang einer Linie in der Richtung der ambipolaren Drift zwischen den Vor spanneinrichtungen angeordnet. Dieses Gerät kann man als eine monolithische Mehrfach-Linearanordnung bezeichnen; bei einem solchen Gerät wird in einem einzigen Halbleiterkörper das Gegenstück zu einer Vielzahl von hintereinander verwendeten Geräten verwirklicht. Bei diesem Gerät können Vorteile in bezug auf den Störabstand erzielt werden, der der Signal- Rausch-Integration über im wesentlichen die gesamte Länge des Halbleiterkörpers zwischen den Vorspannelektroden und nicht nur der Länge L _eff entspricht.In a further embodiment, a plurality of reading electrodes are arranged at regular intervals along a line in the direction of the ambipolar drift between the pre-tensioning devices. This device can be described as a monolithic multiple linear arrangement; in such a device, the counterpart to a large number of devices used in succession is realized in a single semiconductor body. With this device, advantages can be achieved with respect to the signal-to-noise ratio, which corresponds to the signal-to-noise integration over substantially the entire length of the semiconductor body between the bias electrodes and not only the length L _eff .

Bei einem monolithischen Mehrfach-Lineargerät der genannten spezifischen Ausführungsform kann der Abstand in Richtung der ambipolaren Drift zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausleseelektroden maximal das Dreifache der mittleren Ent fernung betragen, die von den durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern in ihrer Lebensdauer in dem Halbleitermaterial zurückgelegt werden kann; vorzugsweise wird dieser Abstand in der Größenordnung des Abstandes L _eff gewählt, über den die Integration des größten Teils der durch die Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträger beim Durchlaufen eines Strahlungsbildes über die Oberfläche ohne Rekombination auftreten kann. Auf diese Weise kann die Signalintegration über den größten Teil der Länge des faden förmigen Elements bewirkt werden. Der exakte Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausleseelektroden wird jedoch in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des Halbleiterkörper- Materials gewählt, insbesondere entsprechend dem Wellenlängen bereich, für den das Material empfindlich ist. Dies erfolgt, um ein Verschwimmen des Bildes aufgrund der nach außen ge richteten Spreizung zu vermeiden, die auftritt, wenn ein Pa ket von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungs trägern sich auf die Ausleseelektroden zubewegt. Aus diesem Grunde können die Auswirkungen des Verschwimmens aufgrund der Diffusion in Materialien, bei denen die Minoritätsladungs träger über eine längere Lebensdauer und somit eine größere Diffusionslänge verfügen, leichter auftreten. Bei Verwendung dieser Materialien und insbesondere Material mit einer Ab sorptionskante im Bereich von 3 bis 5 Mikron kann es ange bracht sein, den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausleseelektroden wesentlich kleiner als die maximale Inte grationslänge L _eff und kleiner als die mittlere Entfernung zu wählen, die von den durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern im Laufe ihrer Lebensdauer in dem Material zurückgelegt werden kann. In the case of a monolithic multiple linear device of the specific embodiment mentioned, the distance in the direction of the ambipolar drift between two successive readout electrodes can be a maximum of three times the average distance which the free minority charge carriers generated by radiation can travel in their lifetime in the semiconductor material; This distance is preferably chosen in the order of the distance L _eff , over which the integration of the majority of the free minority charge carriers generated by the radiation can occur without recombination when passing through a radiation image over the surface. In this way, the signal integration can be effected over most of the length of the thread-like element. However, the exact distance between two successive readout electrodes is selected in accordance with the properties of the semiconductor body material, in particular in accordance with the wavelength range for which the material is sensitive. This is done in order to avoid blurring of the image due to the outward spread that occurs when a packet of radiation-generated free minority charge carriers moves toward the readout electrodes. For this reason, the effects of blurring due to diffusion in materials in which the minority charge carriers have a longer lifespan and thus a longer diffusion length can occur more easily. When using these materials, and in particular material with an absorption edge in the range from 3 to 5 microns, it may be appropriate to choose the distance between two successive readout electrodes much smaller than the maximum integration length L _eff and smaller than the average distance from the free minority charge carriers generated by radiation can be covered in the material during their lifetime.

Der Betrieb eines monolithischen Mehrfach-Lineargerätes gemäß der Erfindung kann in gewisser Weise der Beschreibung in dem genannten britischen Patent entsprechen, wobei die aus den aufeinanderfolgenden Ausleseelektroden gewonnenen Aus gangssignale beispielsweise einer Anzapf-Verzögerungsleitung oder einer anderen Form eines Zeitverzögerungs- und Inte grations-Schaltkreises zugeführt werden.Operation of a monolithic multiple linear device according to the invention can in some way be the description correspond to said British patent, the originating from the successive read electrodes obtained output signals, for example a tap delay line or some other form of time delay and inte Grations circuit are supplied.

Bei einer anderen Ausführungsform werden die aus den Auslese elektroden gewonnenen Ausgangssignale direkt angesteuerten Anzeige-Elementen zugeführt.In another embodiment, the are from the selection output signals directly driven electrodes Display elements supplied.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform des Ge rätes sind die Ausleseelektroden bezüglich der Oberfläche zwischen den Vorspannelektroden, über die die ambipolare Drift erzeugt wird, im rechten Winkel zur Richtung der ambi polaren Drift angeordnet. Eine derartige Anordnung könnte allgemein als monolithische Parallelanordnung bezeichnet wer den. Mittels dieser Anordnung kann beispielsweise eine Viel zahl von Zeilen eines Strahlungsbildes gleichzeitig abgetastet werden, wobei jeder Zeile des Bildes ein Teil des Halbleiter körpers zugeordnet ist, mit dem gleichermaßen eine Auslese elektrode verbunden ist. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung können die Ausleseelektroden beispielsweise in wenigstens einer Linie im rechten Winkel zu der Richtung der ambipolaren Drift oder in einer komplexeren Verteilung ange ordnet werden.In another embodiment of the Ge according to the invention The readout electrodes are advisable with regard to the surface between the bias electrodes over which the ambipolar Drift is generated at right angles to the direction of the ambi polar drift arranged. Such an arrangement could generally referred to as a monolithic parallel arrangement the. With this arrangement, for example, a lot number of lines of a radiation image scanned simultaneously with each line of the image being part of the semiconductor body is assigned, with the same selection electrode is connected. Depending on the particular The readout electrodes can be used, for example, in at least one line at right angles to the direction of the ambipolar drift or in a more complex distribution be classified.

Bei einer bestimmten Ausführungsform sind die Ausleseelektro den in zwei Linien angeordnet, die jeweils normal zur Rich tung der ambipolaren Drift verlaufen; in dieser Richtung sind die Elektroden einer Linie bezüglich der Elektroden der anderen Linie versetzt angeordnet. Bei dieser Ausführungs form entspricht die zweidimensionale Anordnung der Auslese elektroden der Anordnung von Anzeige-Elementen einer Matrix- Darstellung, die an das Abbildungsgerät angeschlossen ist, wobei jedes Anzeige-Element gemäß dem repräsentativen Signal der integrierten Minoritätsladungsträger mit Energie be aufschlagt wird, das aus der dementsprechend angeordneten und angeschlossenen Elektrode auf dem Halbleiterkörper des Abbildungsgeräts gewonnen wird. Eine solche Matrix- Darstellung kann mit einem optischen System betrachtet werden, das eine eindeutige Abbildung der Bildabtastung liefert, z. B. bei Verwendung eines Prismensystems. Mit einer bevorzugten versetzten Anordnung der Ausleseelektroden kann eine voll ständige Abtastung des Bildraums ohne tote Zonen zwischen den Zeilen erzielt werden.In a particular embodiment, the readout electrodes are arranged in two lines, each normal to the Rich development of the ambipolar drift; in this direction are the electrodes of a line with respect to the electrodes of the another line staggered. In this execution form corresponds to the two-dimensional arrangement of the selection electrodes of the arrangement of display elements of a matrix Representation connected to the imaging device, each display element according to the representative signal the integrated minority charge carriers with energy is opened, which is arranged accordingly and connected electrode on the semiconductor body of the imaging device is obtained. Such a matrix Representation can be viewed with an optical system that provides a clear picture of the image scan, e.g. B. when using a prism system. With a preferred one staggered arrangement of the readout electrodes can be a full constant scanning of the image space without dead zones between the lines can be achieved.

Andere Anordnungen, bei denen die Eigenschaften der Mehr fach-Linearanordnung mit denen der monolithischen Parallel anordnung kombiniert werden, können gemäß dem beabsichtigten Anwendungszweck gewählt werden.Other arrangements in which the properties of the More Multiple linear arrangement with those of the monolithic parallel arrangement can be combined according to the intended Application purpose can be chosen.

So können die Ausleseelektroden bezüglich der Oberfläche zwischen den Vorspannelektroden-Vorrichtungen, auf der die ambipolare Drift erzeugt werden kann, parallel zur Richtung der ambipolaren Drift und im rechten Winkel zur ambipolaren Drift angeordnet werden; die Ausleseelektroden können bei spielsweise regulär angeordnet sein.So the readout electrodes with respect to the surface between the bias electrode devices on which the ambipolar drift can be generated parallel to the direction the ambipolar drift and at right angles to the ambipolar Be arranged drift; the readout electrodes can for example, be arranged regularly.

Derartige zweidimensionale Anordnungen gestatten die gleich zeitige Ausführung einer Kombination von Serien- und Parallel abtastung. Diese Betriebsweise, im allgemeinen als "Block- Abtastung" bezeichnet, ist die in der Praxis am häufigsten verwendete Form der Infrarot-Wärmeabbildung.Such two-dimensional arrangements allow the same early execution of a combination of series and parallel scanning. This mode of operation, generally called "block "Is the most common in practice used form of infrared heat imaging.

Als eine weitere Alternative kann eine geometrische Anordnung der Ausleseelektroden entsprechend der geometrischen Anordnung von dementsprechend angeschlossenen spezifisichen Matrix- Darstellungselementen in der gewünschten Form gewählt werden.As a further alternative, a geometric arrangement can be used the readout electrodes according to the geometric arrangement from correspondingly connected specific matrix Display elements can be selected in the desired form.

Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung bei spielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Schema zeichnungen beschrieben. Darin zeigtEmbodiments of the invention are set forth below playful with reference to the attached scheme drawings described. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Halbleiter körpers und der aufgebrachten Schichten eines Wärme strahlungs-Abbildungsgerätes gemäß der Erfindung in Form eines monolithischen Mehrfach-Lineargerätes, Fig. 1 is a perspective view of the semiconductor body and the applied layers of a heat radiation imaging apparatus according to the invention in the form of a monolithic multiple linear device,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Gerät entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a longitudinal section through that shown in Fig. 1 apparatus taken along line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungs gemäßen Wärmestrahlungs-Abbildungssystems unter Ver wendung eines Wärmestrahlungs-Abbildungsgeräts gemäß den Darstellungen in Fig. 1 und 2, Fig. 3 is a schematic representation of a fiction, modern heat radiation imaging system under TO USE A thermal radiation imaging device according to the illustrations in FIGS. 1 and 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Halbleiter körpers und der aufgebrachten Schichten eines an deren erfindungsgemäßen Wärmestrahlungs-Abbildungs geräts in Form einer monolithischen Parallelanordnung und Fig. 4 is a perspective view of the semiconductor body and the applied layers of a device at their heat radiation imaging according to the invention in the form of a monolithic parallel arrangement and

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil des in Fig. 4 gezeigten Geräts sowie zusätzlich auf einen Teil einer Dar stellungsvorrichtung, die an das Wärmestrahlungs- Abbildungsgerät angeschlossen ist. Fig. 5 is a plan view of part of the device shown in Fig. 4 and in addition to part of a Dar position device which is connected to the heat radiation imaging device.

Unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungs form besteht das Gerät aus einem Saphir-Schichtträger 1 mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Hauptoberfläche 2 von 1 cm × 1 cm. Auf der Oberfläche 2 ist ein im wesentlichen rechteckiger Halbleiterkörper 3 mit den Abmessungen 2,5 mm × 50 µm × 10 µm Dicke befestigt. Bei dieser Ausführungsform be steht der Halbleiterkörper 3, der mittels einer Schicht 4 eines Epoxid-Klebemittels mit einer Dicke von ca. 0,5 µm auf der Oberfläche des Schichtträgers 2 befestigt ist, aus n-Typ-Quecksilbercadmiumtellurid Hg_0,79Cd_0,21Te mit einer Ladungsträgerkonzentration von unter 5 × 10¹⁴ cm^-3. Im Ma terial dieser Zusammensetzung liegt die Absorptionskante bei einer Betriebstemperatur von 77 K bei einer Wellenlänge von etwa 11,5 µm. Bei diesem Material reicht die Absorption von IR-Strahlung im Bereich von 8 bis 14 µm zur Bildung von Elektron-Loch-Paaren aus, wobei die Mobilität der Löcher bei der beabsichtigten Betriebstemperatur von 77 K einen Wert von 600 cm² V^-1 sec^-1 erreicht und die Lebensdauer 2,5 Mikrosekunden beträgt. Die Mobilität der Elektronen liegt bei etwa 2 × 10⁵ cm² V^-1 sec^-1.With reference to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the device consists of a sapphire substrate 1 with a thickness of 0.5 mm and a main surface 2 of 1 cm × 1 cm. A substantially rectangular semiconductor body 3 with the dimensions 2.5 mm × 50 μm × 10 μm thickness is attached to the surface 2 . In this embodiment, the semiconductor body 3 , which is attached to the surface of the layer support 2 by means of a layer 4 of an epoxy adhesive with a thickness of approximately 0.5 μm, consists of n-type mercury _cadmium telluride Hg _0.79 Cd _{0, 21} Te with a carrier concentration below 5 × 10 ¹⁴ cm ^-3 . In the material of this composition, the absorption edge is at an operating temperature of 77 K at a wavelength of approximately 11.5 µm. With this material, the absorption of IR radiation in the range from 8 to 14 µm is sufficient to form electron-hole pairs, the mobility of the holes at the intended operating temperature of 77 K being 600 cm ² V ^-1 sec ^{- 1} reached and the lifespan is 2.5 microseconds. The mobility of the electrons is approximately 2 × 10 ⁵ cm ² V ^-1 sec ^-1 .

Auf der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 3 befindet sich eine Passivierungsschicht 5 von etwa 0,1 µm Dicke, die hauptsächlich aus Quecksilber-, Cadmium- und Telluroxiden besteht. An den gegenüberliegenden Enden auf der Oberfläche des rechteckigen Körpers 3 befinden sich Vorspannelektroden 6 und 7, bestehend aus aufgedampften Goldschichten mit einer Dicke von etwa 0,1 µm, die jeweils mit der Halbleiter körper-Oberfläche ohmsche Kontakte bilden. Die Abmessungen der Elektroden 6 und 7 in Längsrichtung des Körpers 3 be tragen 100 µm.On the upper surface of the semiconductor body 3 there is a passivation layer 5 with a thickness of approximately 0.1 μm, which mainly consists of mercury, cadmium and tellurium oxides. At the opposite ends on the surface of the rectangular body 3 are bias electrodes 6 and 7 , consisting of evaporated gold layers with a thickness of about 0.1 microns, each forming ohmic contacts with the semiconductor body surface. The dimensions of the electrodes 6 and 7 in the longitudinal direction of the body 3 be 100 microns.

Angrenzend an die Fläche 5 des Halbleiterkörpers befin den sich sechs Zonen 8 bis 13 einschließlich mit p-Typ-Eigen schaften; diese Zonen wurden durch örtliche Umwandlung der an die Oberfläche angrenzenden Teile des n-Typ-Körpers zu Material mit p-Typ-Eigenschaften gebildet. Jede Zone 8 bis 13 einschließlich weist eine Fläche von ca. 30 µm × 50 µm auf, wobei die kleinere Abmessung parallel zur Längsrich tung des Halbleiterkörpers 3 verläuft. Die pn-Übergänge zwischen den p-Typ-Zonen 8 bis 13 einschließlich und dem n-Typ-Halbleiterkörper 3 reichen von der Oberfläche des Halb leiterkörpers 3 aus etwa 2 µm in den Körper hinein. Bei dieser Ausführungsform sind die Endpunkte der genannten pn- Übergänge in der Oberfläche so dargestellt, daß sie von der Passivierungsschicht 5 bedeckt werden; je nach Art der ver wendeten Passivierung und der Oberflächen-Rekombinations eigenschaften kann es jedoch bei anderen Ausführungsformen erwünscht sein, die Passivierungsschicht in diesen Bereichen zu entfernen, wenn diese Passivierungsschicht durch ein Ver fahren erzeugt wird, das die Oxidation von Quecksilber cadmiumtellurid umfaßt. Bei der vorliegenden Ausführungsform befinden sich über den p-Typ-Zonen 8 bis 13 einschließlich Öffnungen in der Passivierungsschicht, die jeweils 40 µm × 20 µm groß sind und in denen sich Metallschichtkontakte 15 bis 20 einschließlich befinden, die jeweils aus Gold mit einer Dicke von 0,5 µm bestehen. Die Kontakte 15 bis 20 einschließlich bilden zusammen mit den zugehörigen p-Typ- Oberflächenzonen 8 bis 13 einschließlich eine Reihe von Ausleseelektroden mit einem gegenseitigen Abstand von je 0,5 mm. Auch der Längsabstand zwischen den Mittelpunkten der Ausleseelektrode 8,15 und der angrenzenden Kante der Vor spannelektroden-Schicht 6 beträgt 0,5 mm. In gleicher Weise beträgt der Längsabstand vom Mittelpunkt der Ausleseelektrode 13, 20 zur angrenzenden Kante der Vorspannelektroden-Schicht 7 0,5 mm.Adjacent to the surface 5 of the semiconductor body are the six zones 8 to 13 including p-type properties; these zones were formed by local transformation of the parts of the n-type body adjacent to the surface to material with p-type properties. Each zone 8 to 13 inclusive has an area of approximately 30 μm × 50 μm, the smaller dimension running parallel to the longitudinal direction of the semiconductor body 3 . The pn junctions between the p-type zones 8 to 13 inclusive and the n-type semiconductor body 3 extend from the surface of the semiconductor body 3 from about 2 μm into the body. In this embodiment, the end points of the said pn junctions in the surface are shown such that they are covered by the passivation layer 5 ; depending on the type of passivation used and the surface recombination properties, however, in other embodiments it may be desirable to remove the passivation layer in these areas if this passivation layer is produced by a method which comprises the oxidation of mercury cadmium telluride. In the present embodiment, above the p-type zones 8 to 13 including openings in the passivation layer, each 40 µm × 20 µm in size and in which there are metal layer contacts 15 to 20 inclusive, each made of gold with a thickness of 0.5 µm exist. The contacts 15 to 20 inclusive together with the associated p-type surface zones 8 to 13 inclusive form a row of readout electrodes with a mutual spacing of 0.5 mm each. The longitudinal distance between the centers of the readout electrode 8,15 and the adjacent edge of the pre-tensioning electrode layer 6 is 0.5 mm. In the same way, the longitudinal distance from the center of the readout electrode 13, 20 to the adjacent edge of the biasing electrode layer 7 is 0.5 mm.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung sind die elektrischen Verbindungen zu den Vorspannelektroden-Schichten 6 und 7 sowie die elektrischen Verbindungen zu den Auslese elektroden-Schichten 15 bis 20 einschließlich in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt. Diese Verbindungen können aus Golddrähten be stehen, die auf die Oberfläche der Elektrodenschichten auf gelötet oder auf konventionelle Weise aufgebondet werden. Die weitere Befestigung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Geräts erfolgt gemäß dem spezifischen beabsichtigten Verwendungs zweck; im allgemeinen wird dies jedoch die Anbringung des Schichtträgers 1 in einem luftleer gemachten Gehäuse um fassen, das ein Fenster zur Übertragung von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 µm aufweist und über Mög lichkeiten verfügt, den Halbleiterkörper 3 bei einer Tem peratur von 77 K zu halten. Eine solche Anordnungsform be steht aus der Dewar-Einkapselung, wie sie im allgemeinen in der IR-Detektortechnik verwendet wird.For the sake of clarity of illustration, the electrical connections to the biasing electrode layers 6 and 7 and the electrical connections to the readout electrode layers 15 to 20 inclusive are not shown in FIGS. 1 and 2. These connections can consist of gold wires that are soldered to the surface of the electrode layers or bonded in a conventional manner. The further attachment of the device shown in Figures 1 and 2 is according to the specific intended use; in general, however, this will include the mounting of the substrate 1 in a housing made empty of air, which has a window for transmitting IR radiation in the wavelength range from 8 to 14 μm and has the possibility of the semiconductor body 3 at a temperature of 77 K to hold. Such an arrangement form consists of the Dewar encapsulation, as is generally used in IR detector technology.

Der Betrieb des in Fig. 1 und 2 gezeigten Gerätes soll nun anhand von Fig. 3 beschrieben werden, in dem ein Diagramm eines Teils eines Wärmestrahlungs-Abbildungssystems ein schließlich eines Gerätes der in Fig. 1 und 2 gezeigten Form abgebildet ist. Der Halbleiterkörper 3 ist in Fig. 3 als ein Längsstreifen gezeigt; die sechs Ausleseelektroden bilden die Dioden D₁ bis D₆ auf dem Streifen. In Reihe mit den so gebildeten Dioden D₁ bis D₆ befinden sich mehrere Widerstände R₁ bis R₆ von je 10 kOhm. Diese Widerstände, die im allge meinen nicht in dem Gehäuse des Wärmestrahlungs-Abbildungs geräts untergebracht sind, sind an Punkte konstanten Poten tialunterschieds zum Potential der entsprechenden Dioden-Zone angeschlossen. Alternativ kann der Anschluß so erfolgen, daß an jedem pn-Übergang im Halbleiterkörper 3 eine Sperr spannung von ca. 50 mV anliegt. Das Ausgangssignal der ein zelnen Ausleseelektroden wird einer Verstärkerstufe zuge führt, z. B. einem Feldeffekttransistor, der Bestandteil einer Auslesevorrichtung ist; die Ausgangssignale sind in Fig. 3 mit A₁ bis A₆ bezeichnet. Diese Ausgangssignale können an ein Zeitverzögerungs- und Integrationsgerät angelegt werden, das beispielsweise in Form ladungsgekoppelter Schaltungen ausgeführt ist. Eine vollständige Beschreibung der Verwen dung eines ladungsgekoppelten Zeitverzögerungs- und Integra tionsgeräts in Verbindung mit dem seriellen Auslesen aus einer seriellen Anordnung von IR-Detektorelementen findet sich in der Rezension von A. F. Milton in "Topics" in 'Applied Physics', Bd. 19 (Optical and Infra-Red Detectors, Hrsg. R. J. Keyes), S. 197-228, Springer-Verlag, 1977. The operation of the device shown in FIGS. 1 and 2 will now be described with reference to FIG. 3, in which a diagram of a part of a heat radiation imaging system including a device of the form shown in FIGS. 1 and 2 is shown. The semiconductor body 3 is shown in FIG. 3 as a longitudinal strip; the six readout electrodes form the diodes D ₁ to D ₆ on the strip. In series with the diodes D ₁ to D ₆ thus formed there are several resistors R ₁ to R ₆ of 10 kOhm each. These resistors, which are generally not housed in the housing of the heat radiation imaging device, are connected to points of constant potential difference to the potential of the corresponding diode zone. Alternatively, the connection can be made so that a reverse voltage of approximately 50 mV is present at each pn junction in the semiconductor body 3 . The output signal of an individual readout electrodes is supplied to an amplifier stage, e.g. B. a field effect transistor, which is part of a readout device; the output signals are designated in Fig. 3 with A ₁ to A ₆. These output signals can be applied to a time delay and integration device which is designed, for example, in the form of charge-coupled circuits. A full description of the use of a charge coupled time delay and integration device in conjunction with serial readout from a serial array of IR detector elements can be found in AF Milton's review in "Topics" in Applied Physics, Vol. 19 (Optical and Infra-Red Detectors, ed. RJ Keyes), pp. 197-228, Springer-Verlag, 1977.

Der n-Typ-Halbleiterkörper 3 ist über die Vorspannelektroden 6 und 7 mit einer Gleichstrom-Verspannungsstromquelle 21 und einem Stellwiderstand 22 in Reihe geschaltet, so daß ein vorwiegend aus Majoritätsladungsträgern, in diesem Falle Elektronen, bestehender Vorspannungsstrom in dem Halbleiter körper in Längsrichtung von der Elektrode 7 zur Elektrode 6 hervorgerufen werden kann, wobei der genannte Vorspannungs strom in der Lage ist, eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern, in diesem Falle Löcher, in entgegengesetzter Richtung zu unterstützen. Ein geeigneter Bereich der Vorspannung zwischen den Elek troden 6 und 7 liegt zwischen 5 und 15 Volt. Bei einem Spannungsgefälle von 15 V pro cm in dem n-Typ-Material der genannten Zusammensetzung beträgt die ambipolare Mobilität etwa 400 cm² V^-1 sec^-1.The n-type semiconductor body 3 is connected via the bias electrodes 6 and 7 with a DC bias current source 21 and a variable resistor 22 in series, so that a predominantly from majority carriers, in this case electrons, existing bias current in the semiconductor body in the longitudinal direction of the Electrode 7 to electrode 6 can be caused, said bias current being able to support an ambipolar drift of radiation-generated minority charge carriers, in this case holes, in the opposite direction. A suitable range of bias between the electrodes 6 and 7 is between 5 and 15 volts. With a voltage gradient of 15 V per cm in the n-type material of the composition mentioned, the ambipolar mobility is approximately 400 cm ² V ^-1 sec ^-1 .

Der Betrieb einer monolithischen linearen Mehrfachanordnung kann der Beschreibung in der genannten britischen Patent schrift entsprechen, insoweit als die Abtastung des Strah lungsbildes und die Fokussierung eines Bildes eines wichtigen Teils des Strahlungsbildes auf dem Halbleiterkörper 3 be troffen sind. In Fig. 3 ist in rein schematischer Form das Vorhandensein von Mitteln zur Abtastung eines derartigen Wärmestrahlungsbildes entlang der Oberfläche des Halbleiter körpers 3 in Richtung der ambipolaren Drift und mit einer Ge schwindigkeit, die im wesentlichen der Geschwindigkeit der ambipolaren Drift entspricht, gezeigt. Diese Mittel bestehen aus einem Paar schwenkbarer Spiegel und einem Linsensystem. Im Betrieb werden Bildpunkte, die sich über eine Fläche von etwa 50 µm × 50 µm in der Bildebene ausdehnen, mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000 cm sec^-1 bis 20 000 cm sec^-1 entlang der Oberfläche des fadenförmigen Halbleiterkörpers 3 bewegt. The operation of a monolithic linear array can correspond to the description in the aforementioned British patent, insofar as the scanning of the radiation image and the focusing of an image of an important part of the radiation image on the semiconductor body 3 are concerned. In Fig. 3, the presence of means for scanning such a heat radiation image along the surface of the semiconductor body 3 in the direction of the ambipolar drift and with a speed that corresponds essentially to the speed of the ambipolar drift is shown in a purely schematic form. These means consist of a pair of pivoting mirrors and a lens system. In operation, pixels that extend over an area of approximately 50 μm × 50 μm in the image plane are moved along the surface of the thread-like semiconductor body 3 at a speed in the range from 5000 cm sec ^-1 to 20 000 cm sec ^-1 .

So wie das Bild über die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer Geschwindigkeit entsprechend der ambipolaren Drift abgetastet wird, erfolgt die Integration der lichtelektrisch erzeugten Minoritätsladungsträger in jeder der n-Typ-Zonen des Halbleiterkörpers zwischen den p-Typ-Zonen 8 bis 13. Bei einem Feld von 50 V/cm liegt diese Driftgeschwindigkeit bei 20 000 cm sec^-1. Aufgrund des Abstands zwischen den p-Typ- Zonen von 0,5 mm und einer effektiven Länge L _eff von 0,4 mm, auf der die gesamte Integration der freien Löcher ohne Re kombination erfolgen kann, was einer Lebensdauer der La dungsträger von 2 Mikrosekunden entspricht, gibt es bei jedem Durchgang des Bildes über die gesamte Strecke zwischen den Vorspannelektroden 6 und 7 sechs getrennte Integrationsstu fen, die jede eine Länge in der Größenordnung der Länge L _eff aufweist, während es bei den bisher üblichen Geräten nur eine einzige Integrationsstufe mit einer Länge von L _eff gab. Hierdurch lassen sich erhebliche Verbesserungen in bezug auf den Störabstand erzielen.Just as the image is scanned over the surface of the semiconductor body at a speed corresponding to the ambipolar drift, the photoelectrically generated minority charge carriers are integrated in each of the n-type zones of the semiconductor body between the p-type zones 8 to 13 . With a field of 50 V / cm, this drift speed is 20,000 cm sec ^-1 . Due to the distance between the p-type zones of 0.5 mm and an effective length L _eff of 0.4 mm, on which the entire integration of the free holes can take place without recombination, which means a lifespan of the charge carriers of 2 microseconds corresponds, there are six separate Integrationsstu fen with each passage of the image over the entire distance between the biasing electrodes 6 and 7 , each having a length of the order of length L _eff , while in the previously common devices there was only a single integration stage with a Length of L _eff gave. This makes it possible to achieve significant improvements with respect to the signal-to-noise ratio.

In den obengenannten Figuren führt die intern gebildete Zeitverzögerungs- und Integrationsschaltung zu einer Erhöhung des Störabstands um das 2,8fache für jede Gruppe Auslese elektroden. Die weitere Verbesserung des Störabstands um das 2,4fache aufgrund der externen Zeitverzögerungs- und Inte grationsschaltung bei Signalen von den sechs Auslese-Dioden führt zu einer Gesamt-Verbesserung des Störabstands um etwa das 7fache gegenüber herkömmlichen photoleitenden Elementen.In the above figures, the internally formed leads Time delay and integration circuit to an increase 2.8 times the signal-to-noise ratio for each group of readouts electrodes. The further improvement of the signal-to-noise ratio by that 2.4 times due to the external time delay and inte Gration circuit for signals from the six readout diodes leads to an overall improvement in the signal-to-noise ratio by approximately 7 times that of conventional photoconductive elements.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 soll nachstehend eine wei tere Ausführungsform eines Wärmestrahlungs-Abbildungsgeräts sowie unter Bezugnahme auf Fig. 5 die Verwendung des Geräts in einem Wärmestrahlungs-Abbildungssystem beschrieben werden.With reference to FIGS. 4 and 5, a further embodiment of a thermal radiation imaging device and with reference to FIG. 5 the use of the device in a thermal radiation imaging system will be described below.

Das in Fig. 4 gezeigte Gerät besteht aus einem Saphir-Schicht träger 31 mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Hauptober fläche 32 von 0,5 cm × 0,5 cm. Auf der Fläche 32 ist ein Halbleiterkörper 33 mit den Abmessungen 1,5 mm × 1,6 mm × 10 µm Dicke angebracht. Der Halbleiterkörper 33, der auf der Schichtträger-Oberfläche 32 mittels einer Schicht Epoxid-Klebers von etwa 0,5 µm Dicke befestigt ist, weist die gleiche Grundzusammensetzung wie der Halbleiterkörper 3 der zuvor beschriebenen Ausführungsform auf, d. h. er be steht aus Quecksilbercadmiumtellurid Hg_0,79Cd_0,21Te.The device shown in Fig. 4 consists of a sapphire layer carrier 31 with a thickness of 0.5 mm and a main surface 32 of 0.5 cm × 0.5 cm. A semiconductor body 33 with the dimensions 1.5 mm × 1.6 mm × 10 μm thickness is attached to the surface 32 . The semiconductor body 33 , which is attached to the layer carrier surface 32 by means of a layer of epoxy adhesive approximately 0.5 μm thick, has the same basic composition as the semiconductor body 3 of the previously described embodiment, ie it consists of mercury cadmium telluride Hg _{0, 79} Cd _0.21 Te.

Auf der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers 33 befindet sich eine Passivierungsschicht 34 mit einer Dicke von ca. 0,1 µm, die hauptsächlich aus Quecksilber-, Cadmium- und Tellur-Oxiden besteht. An den entgegengesetzten Enden der Oberfläche des Halbleiterkörpers 33 befinden sich Vor spannelektroden 35 und 36, die aus aufgedampften Gold schichten von etwa 1 µm Dicke bestehen und jeweils mit der Halbleiterkörper-Oberfläche einen ohmschen Kontakt bilden. Die Elektroden 35 und 36 haben je eine Breite von 100 µm.On the upper surface of the semiconductor body 33 there is a passivation layer 34 with a thickness of approximately 0.1 μm, which mainly consists of mercury, cadmium and tellurium oxides. At the opposite ends of the surface of the semiconductor body 33 are before electrodes 35 and 36 , which consist of vapor-deposited gold layers of about 1 micron thickness and each form an ohmic contact with the semiconductor body surface. The electrodes 35 and 36 each have a width of 100 microns.

Angrenzend an die Oberfläche des Halbleiterkörpers 33 in der Nähe der Vorspannelektrode 36 befinden sich zweiund dreißig Zonen 37 mit p-Typ-Eigenschaften, die durch ört liche Umwandlung der an die Oberfläche angrenzenden Teile des n-Typ-Körpers zu Material mit p-Typ-Eigenschaften ge bildet wurden. Die Grenzen der Zonen 37 sind in Fig. 5 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Jede Zone 37 hat eine Fläche von ca. 50 µm × 50 µm. Die Zonen 37 sind in zwei parallelen Reihen im rechten Winkel zur Richtung, in der eine ambipolare Drift zwischen den Vorspannelektroden 35 und 36 erzeugt werden kann, angeordnet. Die Zonen 37 in den beiden Reihen sind versetzt angeordnet, so daß die Abstände zwischen angrenzenden Zonen in der gleichen Reihe sowie zwischen angrenzenden Zonen in unterschiedlichen Reihen je weils 100 µm betragen. Die pn-Übergänge zwischen den p-Typ- Zonen 37 und dem n-Typ-Halbleiterkörper 3 reichen in den Halbleiterkörper etwa 2 µm tief hinein. Über den p-Typ-Zonen befindet sich jeweils eine Öffnung in der Passivierungs schicht, die mittig im Oberflächen-Bereich der p-Typ-Zonen angeordnet sind und eine Größe von 40 µm × 40 µm aufweisen. Jede dieser Öffnungen enthält einen Metallschichtkontakt 38 aus Gold mit einer Dicke von 0,5 µm. Die Kontakte 38 bilden zusammen mit den zugehörigen p-Typ-Oberflächenzonen 37 eine Gruppe von zweiunddreißig Ausleseelektroden, die in zwei parallelen Reihen angeordnet sind. Der Längsabstand zwischen der Kante der Vorspannelektrode 36 und den Kanten der Metall schichten 38 der Ausleseelektroden in der angrenzenden Reihe beträgt 50 µm.Adjacent to the surface of the semiconductor body 33 in the vicinity of the biasing electrode 36 are thirty-two zones 37 with p-type properties, which are converted by local conversion of the parts of the n-type body adjacent to the surface to material with p-type Properties were formed. The boundaries of the zones 37 are indicated in FIG. 5 by dashed lines. Each zone 37 has an area of approximately 50 μm × 50 μm. The zones 37 are arranged in two parallel rows at right angles to the direction in which an ambipolar drift can be generated between the bias electrodes 35 and 36 . The zones 37 in the two rows are staggered, so that the distances between adjacent zones in the same row and between adjacent zones in different rows are 100 µm each. The pn junctions between the p-type zones 37 and the n-type semiconductor body 3 extend into the semiconductor body about 2 μm deep. There is an opening in the passivation layer above each of the p-type zones, which are arranged centrally in the surface area of the p-type zones and have a size of 40 μm × 40 μm. Each of these openings contains a metal layer contact 38 made of gold with a thickness of 0.5 μm. The contacts 38 together with the associated p-type surface zones 37 form a group of thirty-two readout electrodes, which are arranged in two parallel rows. The longitudinal distance between the edge of the biasing electrode 36 and the edges of the metal layers 38 of the readout electrodes in the adjacent row is 50 microns.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung sind die elektrischen Verbindungen zu den Vorspannelektroden-Schichten 35 und 36 sowie die elektrischen Verbindungen zu den Auslese elektroden-Metallschichtkontakten 38 in Fig. 4 nicht gezeigt. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform können diese Verbindungen durch Golddrähte gebildet werden, die auf die Oberflächen der Elektrodenschichten aufgelötet werden. Der weitere Aufbau des Geräts erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Bei dem vorliegenden Beispiel, das in Fig. 5 gezeigt ist, sind die Metallschicht-Ausleseelektroden 38 in Reihe mit den gleich richtenden Sperrschichten zwischen den p-Typ-Zonen 37 und dem n-Typ-Halbleiterkörper 33 direkt an Teile eines Dar stellungsmittels angeschlossen. Dieses Darstellungsmittel besteht aus einer monolithischen Anordnung von zweiunddreißig Leuchtdioden auf einem Halbleiterkörper 41. In Fig. 5 sind die Leuchtdioden-Übergänge 42 durch gestrichelte Linien und die zugehörigen Elektroden-Schichtkontakte 43 durch ununter brochene Linien gezeigt. Die zweiunddreißig Dioden-Übergänge sind in zwei parallelen Reihen entsprechend der Anordnung der Ausleseelektroden 38 des Abbildungsgeräts angeordnet, an das sie einzeln angeschlossen sind. Im allgemeinen befindet sich der Halbleiterkörper 41 nicht in dem Gehäuse des Wärme strahlungs-Abbildungsgeräts.For reasons of clarity of illustration, the electrical connections to the biasing electrode layers 35 and 36 and the electrical connections to the readout electrode-metal layer contacts 38 are not shown in FIG. 4. As in the previously described embodiment, these connections can be formed by gold wires that are soldered onto the surfaces of the electrode layers. The further construction of the device is carried out in a similar manner as in the embodiment described above. In the present example, which is shown in FIG. 5, the metal layer readout electrodes 38 are connected in series with the rectifying barrier layers between the p-type zones 37 and the n-type semiconductor body 33 directly to parts of a display means. This representation means consists of a monolithic arrangement of thirty-two light-emitting diodes on a semiconductor body 41 . In FIG. 5, the light-emitting diode junctions 42 are shown by dashed lines and the associated electrode layer 43 contacts by ununter brochene lines. The thirty-two diode junctions are arranged in two parallel rows according to the arrangement of the readout electrodes 38 of the imaging device to which they are individually connected. In general, the semiconductor body 41 is not in the housing of the thermal radiation imaging device.

Das in Fig. 4 gezeigte Gerät kann für die Parallel-Abtastung verwendet werden. Durch die versetzte Anordnung der Auslese elektroden in zwei Reihen können Bildinformationen in zwei unddreißig Zeilen ohne Zwischenräume zwischen den Zeilen auf genommen werden. Die Vorspannung zwischen den Elektroden 35 und 36 kann im Bereich von 2 bis 10 Volt liegen, was zu Feldern von 13 bis 65 V cm^-1 führt. Die sich ergebenden Ge schwindigkeiten der ambipolaren Drift liegen in der Größen ordnung von 4000 cm sec^-1 und 40 000 cm sec^-1.The device shown in Fig. 4 can be used for parallel scanning. Due to the staggered arrangement of the readout electrodes in two rows, image information can be taken in thirty-two lines with no spaces between the lines. The bias between electrodes 35 and 36 can range from 2 to 10 volts, resulting in fields from 13 to 65 V cm ^-1 . The resulting speeds of the ambipolar drift are in the order of 4000 cm sec ^-1 and 40 000 cm sec ^-1 .

Bei dem in Fig. 5 gezeigten System werden die Bildinforma tionen in Form elektrischer Signale, die aus dem Abfluß der integrierten Minoritätsladungsträger in der ambipolaren Drift an den pn-Übergängen in Verbindung mit den Ausleseelektroden 37, 38 erhalten werden, direkt über die Ausleseelektroden an die dementsprechend angeordneten und angeschlossenen Leucht dioden 41, 42 weitergeleitet. Das System umfaßt weiterhin optische Mittel, die eine eindeutige Abbildung erbringen, wobei das Bild zur Erzeugung der Ausgangssignale der Leucht dioden in Form einer bildlichen Darstellung abgetastet wird. Die Abbildung kann bequem durch Betrachtung der Leuchtdioden in dem gleichen Spiegel erzeugt werden, der auch für die Er stellung der Bildabtastung verwendet wird. Herkömmlicher weise wird dies durch Versilbern der Rückseite des Abtast spiegels erzielt, um die Leuchtdioden beobachten zu können.In the system shown in Fig. 5, the image information in the form of electrical signals, which are obtained from the outflow of the integrated minority charge carriers in the ambipolar drift at the pn junctions in connection with the readout electrodes 37, 38 , directly via the readout electrodes to the accordingly arranged and connected LEDs 41, 42 forwarded. The system further comprises optical means that provide a clear image, wherein the image is scanned in order to generate the output signals of the light-emitting diodes in the form of an image. The image can be conveniently generated by viewing the light emitting diodes in the same mirror that is used for the position of the image scan. Conventionally, this is achieved by silvering the back of the scanning mirror in order to be able to observe the light-emitting diodes.

Als Alternative zur Verwendung direkt angeschlossener Leucht dioden können andere Anzeigemittel an die Metallschicht elektroden 38 angeschlossen werden, beispielsweise die Mehr facheingänge von ladungsgekoppelten Schaltungen. As an alternative to using directly connected light-emitting diodes, other display means can be connected to the metal layer electrodes 38 , for example the multiple inputs of charge-coupled circuits.

Es wird anerkannt, daß eine Vielzahl von Änderungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich sind, z. B. kann als Alternative zu der gleichrichtenden Sperrschicht in der Gesamtheit des n-Typ-Halbleiterkörpers eine solche gleich richtende Sperrschicht an der Oberfläche des n-Typ-Halbleiter körpers gebildet werden. Eine Möglichkeit zur Erzielung eines solchen Aufbaus besteht in der Aufbringung von p-Typ-Material auf den n-Typ-Halbleiterkörper. In einer weiteren Ausführungs form können die gleichrichtenden Sperrschichten als Schottky- Übergänge an der Oberfläche des Halbleiterkörpers durch Metallschicht-Elemente gebildet werden, die in geeigneter Weise arbeiten.It is recognized that a variety of changes in the Within the scope of the present invention, e.g. B. can as Alternative to the rectifying barrier layer in the Whole of the n-type semiconductor body is the same directional barrier on the surface of the n-type semiconductor body are formed. One way to achieve one such a construction consists in the application of p-type material on the n-type semiconductor body. In another execution form the rectifying barrier layers as Schottky Transitions on the surface of the semiconductor body through Metal layer elements are formed that are more suitable Work wisely.

Bei dem n-Typ-Halbleiterkörper aus Quecksilbercadmium tellurid kann eine andere Zusammensetzung gewählt werden, z. B. wenn das Gerät zur Abbildung von Strahlung im Wellenlängen bereich von 3 bis 5 µm gedacht ist. Bei Herstellung eines solchen Geräts in Mehrfach-Linearanordnung gemäß Fig. 1 bis 3 kann der Abstand zwischen den p-Typ-Zonen erheblich geringer als die Länge L _eff sein, um die Auswirkungen der Diffusionsausbreitung und dem daraus resultierenden Ver schwimmen der erzielten Bildsignale zu verringern.A different composition can be selected for the n-type semiconductor body made of mercury cadmium telluride, e.g. B. if the device is intended for imaging radiation in the wavelength range of 3 to 5 µm. When producing such a device in multi-linear arrangement of FIG. 1 to 3 the distance between the p-type regions may be _eff considerably less than the length L, the impact of the diffusion propagation and the resulting Ver float of the image signals generated to reduce .

Bei den beschriebenen Ausführungsformen werden die n-Typ- Halbleiterkörper als diskrete Bauelemente ausgeführt, die an einem Isolier-Schichtträger befestigt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das n-Typ-Halbleiterkörper material durch epitaxiale Aufbringung einer n-Typ-Schicht ge bildet, z. B. durch Aufdampfen auf einen inneren Schichtträger oder einen Schichtträger aus Cadmiumtellurid.In the described embodiments, the n-type Semiconductor body designed as discrete components, the to be attached to an insulating layer support. At a alternative embodiment is the n-type semiconductor body material by epitaxial application of an n-type layer forms, e.g. B. by vapor deposition on an inner layer support or a substrate made of cadmium telluride.

Zur Gewinnung von Bildinformationssignalen von den Auslese elektroden in Verbindung mit den gleichrichtenden Sperr schichten von Mehrfach-Lineargeräten können auch andere Mittel eingesetzt werden. Ein solches Mittel stellt z. B. die Anzapf-Verzögerungsleitung dar, die auf S. 216 der vor stehend erwähnten Rezension von A. F. Milton beschrieben wird.For the extraction of image information signals from the selection electrodes in connection with the rectifying lock layers of multiple linear devices can also be used by others Means are used. Such a means z. B. the Tap Delay Line on p. 216 of the previous the above-mentioned review by A. F. Milton.

Zur Vermeidung unerwünschter, injizierter Minoritätsladungs träger aus dem ambipolaren Driftweg im Bereich der Haupt- Vorspannelektrode, die die Anode bildet, kann eine zusätz liche gleichrichtende Sperrschicht in der Nähe der genann ten Vorspannelektrode vorgesehen werden, um einen Abzug der artiger Minoritätsladungsträger zu ermöglichen und dadurch eine wirksame Isolierung der ersten Stufe des ambipolaren Driftwegs von der genannten Vorspannelektrode zu bieten.To avoid unwanted, injected minority charge carriers from the ambipolar drift path in the area of the main Biasing electrode, which forms the anode, can be an additional Liche rectifying barrier layer near the genann th bias electrode can be provided to deduct the to enable like minority charge carriers and thereby effective isolation of the first stage of the ambipolar To offer a drift away from the aforementioned bias electrode.

Claims

1. Heat radiation imaging device, consisting of a semiconductor body of a given conductivity type, in which free charge carriers are generated by absorption of radiation of a certain wavelength, and voneinan separately arranged biasing electrodes on the semiconductor body, via which a bias current mainly consisting of majority carriers in the semiconductor body is generated in a preferred direction and parallel to a main surface of the semiconductor body and this bias current supports an ambipolar drift of radiation-generated free minority charge carriers in the opposite direction, with a radiation image over the main surface of the semiconductor body in the same direction as the ambipolar drift and is scanned at a speed that essentially corresponds to the speed of the ambipolar drift, characterized by several readout electrodes, each with the Semiconductor body material of the given conductivity type form a rectifying barrier layer, and which are arranged in the path of the ambipolar drift between the bias electrodes.

2. Thermal radiation imaging device according to claim 1, characterized in that the readout electrodes each a zone adjacent to the surface with an opposite one Have conductivity, which in operation by the Radiation generated free charge carriers in the ambi way polar drift in the vicinity of the surface adjacent zone over the rectifying barrier layer extra between the surface adjacent Zone and the semiconductor body material of the aforementioned Leifähig type is formed.

3. Thermal radiation imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of Ausleselek tread at regular intervals along a line in the Direction of ambipolar drift between the bias electrodes which is arranged.

4. Heat radiation imaging device according to claim 3, there characterized in that the distance in the direction of the ambi polar drift between successive readout electrodes which is a maximum of three times the average distance, those of the free minority la manure carriers during their lifetime in the semiconductor material can be covered.

5. Heat radiation imaging device according to claim 4, there characterized in that the distance is smaller than the mitt distance is that of those generated by radiation free minority carriers during their lifetime can be covered in the semiconductor material.

6. Thermal radiation imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that the read electrodes cover Lich the surface between the bias electrodes over which the ambipolar drift is generated at right angles to the Direction of ambipolar drift are arranged.

7. The thermal radiation imaging device according to claim 6, characterized in that the readout electrodes in min at least one line at right angles to the direction of the ambi polar drift are arranged.

8. Thermal radiation imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that the read electrodes cover Lich the surface between the bias electrodes over which the ambipolar drift is generated, both in parallel and arranged at right angles to the direction of the ambipolar drift are not.

9. Thermal radiation imaging apparatus according to claim 8, characterized in that the readout electrodes with respect the surface between the bias electrodes over which the Ambipolar drift is generated in a regular order are attached.

10. Thermal radiation imaging device according to one of the An Proverbs 6 to 9, characterized in that the selection electrodes a display arrangement is connected, the consists of a variety of display elements that energized individually according to the output signals be struck over the readout electrodes of the figure device can be obtained, and according to the arrangement of the Readout electrodes are arranged.